山岳地帯におけるドローンLiDARを用いた地形測量

山岳地帯は、地形測量を行う上で最も過酷な場所の一つです。作業員は各測量地点に到達するまで何時間も徒歩で移動しなければならず、植生によって地表が見えにくく、天候の悪化により数日間も作業が中断されることもあります。航空写真測量も役立ちますが、急峻で森林に覆われた地形では、カメラは樹冠しか捉えられず、その下の地表は写りません。 本記事では、中国で行われた2つのプロジェクト、すなわち貴州省での地形測量と四川高原での送電線ルート調査を取り上げます。これらの現場では、CHC Navigation社のドローン「X500」が、地上作業員や従来のドローンではカバーするのが困難な地形の上空で、空中LiDAR計測を行いました。

山岳地帯が航空測量にとって困難な理由

山岳測量では、ほぼ毎回、次の4つの問題が発生します：
 

• 急峻な標高差。一定の高度で飛行するドローンは、谷からは高すぎ、尾根には近すぎます。調査区域内では測点密度や画像スケールが変化し、斜面が急になるほど安全マージンは狭まります。
   
• 密生した植生。写真測量では樹冠がモデル化される。地表を把握する必要がある測量では、植生を透視できるセンサーが必要となる。
   
• 離陸地点が少ない。平坦で開けた場所は乏しい。飛行の合間に移動するたびに、徒歩での移動に時間を要する。
   
• 天候と高度。風、寒さ、そして希薄な空気は飛行時間を短縮し、機体の安定性を試すことになる。

貴州省：1回の飛行で1.7 km²の急峻な地形を撮影

最初のプロジェクトは、貴州省の約1.7平方キロメートルの山岳地帯を対象としており、そこには河川、棚田、そして密生した混合植生が広がっていました。 最高地点は標高1,200メートルで、敷地内の標高差は324メートルに及ぶ。事業者は、地形管理のために当該地域の3Dモデルを、また観光開発の設計のために1:500の地形図を必要としていた。

チームは、45メガピクセルのフルフレームカメラを内蔵したLiDARおよびRGBシステム「AlphaAir 10」を搭載したX500を飛行させた。 AlphaAir 10は1パルスあたり最大8回のエコーを返すことが可能で、これによりレーザー光が樹冠の隙間を通って地表に到達できるようになります。また、X500はこのシステムを搭載した状態で最大50分間の飛行が可能です。
 

離陸地点の選定が、作業全体のペースを決定づけました。チームは山の中腹にある平坦な場所を選びました。位置情報は後で雲のベースステーションデータ（PPK）と照合して処理されたため、ドローンは地上のベースステーションとの継続的な接続を必要とせず、1か所の離陸地点から全エリアをカバーすることができました。UAVマッピングにおけるGNSS PPKとRTKに関するガイドでは、これら2つの手法の違いについて解説しています。

「地形追従」機能は、ドローンを離陸地点の上空ではなく、地面から一定の高度に維持するため、谷底から尾根にかけての撮影密度が均一に保たれます。 風力4、平均気温10°Cの条件下で、X500は43分間の1回の飛行で1.7平方キロメートル全域を撮影し、バッテリー残量16％の状態で着陸しました。 障害物検知機能は、飛行ルート上の樹木や信号塔を検知し、20 kmのビデオリンクにより、パイロットは飛行中ずっと機体と連絡を取り合うことができました。

生データから1:500の地形図へ

処理は単一のソフトウェアチェーン上で実行されました。CoPreでは、12.2 GBのデータが5分でコピーされ、クラウド基地局のデータを自動的にダウンロードするガイド付きワークフローを通じて処理されました。

カラー点群、真のオルソフォト、3Dモデルは半日以内に完成しました。その後、CoProcessが点群を地表部分のみを抽出してフィルタリングし、DEM（デジタル標高モデル）と等高線を生成しました。これらは、従来の航空写真測量では自動的に生成されない地形図の構成要素です。 地上制御点は一切設置されませんでした。現地で測定された6か所のチェックポイントによる鉛直精度（RMSE）は1.8 cmであり、プロジェクトの基準範囲内でした。

四川省：標高4,000メートルを超える送電線ルートの測量

2つ目のプロジェクトでは、同じワークフローが、はるかに大規模かつ過酷な条件下で実施されました。四川省ガンジの高原では、全長135 km、電圧220 kVの送電線建設プロジェクトにおいて、ルート設計のための地形調査に加え、既存の鉄塔や送電線の点検が必要でした。 このルートは、海抜2,985 mから4,461 mの間にあり、尾根、草原、雪に覆われた山頂、河川、峡谷を横断しています。 標高差は1,476 mに達し、平均標高は4,000 mを超え、調査中の平均気温はマイナス10°Cで、強風が頻繁に吹いていました。

以下の3つの選択により、このプロジェクトは実現可能となった：
 

• 現地のベースステーション。この地域にはネットワークRTKのカバー範囲がないため、チームは近くの既知の制御点にGNSSベースステーションを設置した。
   
• 地形追従飛行。最低地点と最高地点の標高差が約1,500メートルあるため、固定の飛行高度を維持することは安全ではありませんでした。飛行ルートは地表に沿って設定され、各飛行の前に、計画された高度プロファイルが地形と照合されました。
   
• 連続電源供給。チームは、ホットスワップ対応のバッテリー6個とBS10充電ステーションを携行し、現場での1日分の稼働に十分な電力を確保した。BS10はバッテリー6個を収納でき、20％から90％まで40分で充電できるほか、タブレットやスマートフォンのモバイルバッテリーとしても機能する。
   

X500は、C5航空カメラとともに空中LiDARシステムを搭載し、26回の飛行でデータ収集を完了した。 CoPreにおいて、チームはオルソ写真とトゥルーカラーの点群データを作成しました。峡谷内の最も植生が密な箇所を横断する断面図には、連続的で間隔の狭い地表面が示されており、10箇所のチェックポイントによる垂直精度は2.5 cmでした。その後、CoProcessを用いてDEM（デジタル標高モデル）と等高線を作成し、ルート設計に活用しました。 この調査の現場結果については、クライアントが以前使用していたドローンと比較した効率の向上を含め、UAVおよびLiDAR技術を用いた航空測量に関する2025年の記事で取り上げました。

2つのプロジェクトに共通する点

州も、標高も、最終用途も異なりますが、どちらの場合も同様のワークフローが機能しました：
 

1. 地形に合わせて計画を立てる。地形追従飛行により、点密度を均一に保ち、急な高低差のある場所でも航空機を安全な高度に維持できる。
    
2. 離陸地点を最小限に抑える。飛行時間が長く、20 kmのビデオリンクが利用可能であるため、移動回数が少なくて済みます。これは、平坦な地面が見つけにくい場所では特に重要です。
    
3. キャノピーの向こう側を見通す。レーザーパルス1回につき複数の反射波が植生の下の地面に到達するため、DEMは樹冠ではなく地形の形状を反映します。
    
4. 一連の処理。CoPreとCoProcessは、プログラム間の手動による引き継ぎを必要とせず、生データから完成した成果物まで一貫して処理します。

1つの調査で、複数の成果物

これら5件はいずれも1回の飛行キャンペーンで収集されたものであるため、クルーは欠落データの補完のために現場に戻る必要がありません。山岳地帯では、現場への再訪問は時間がかかり、コストもかかるからです。飛行が許可されていない場所では、飛行禁止区域で行われた当社のRS10地形測量プロジェクトのように、地上ベースのワークフローでも同様の作業を行うことができます。 航空機搭載型および地上型システムの全ラインナップについては、当社の3Dモバイルマッピングソリューションをご覧ください。

____

CHC Navigationについて

CHC Navigation（CHCNAV）は、生産性と効率の向上を目的とした、高度なマッピング、ナビゲーション、測位ソリューションを開発しています。 地理空間、農業、機械制御、自律走行などの業界にサービスを提供するCHCNAVは、専門家の能力を高め、業界の発展を牽引する革新的な技術を提供しています。140カ国以上に拠点を持ち、2,200名以上の専門家からなるチームを擁するCHC Navigationは、地理空間業界をはじめとする幅広い分野において、リーダーとして認められています。 CHC Navigation [300627.SZ] に関する詳細については、https://geospatial.chcnav.com/about/overviewをご覧ください。